Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Шарнирный замок






 

Шарнирный замок применяют для крепления лопаток с целью отстройки от резонансов низших форм колебаний.

Для повышения сопротивления усталости шарнирных замков используют упрочнение отверстий раскатыванием, которое повышает их предел выносливости примерно на 15%. Введение финишной операции - раскатывания отверстий - обеспечивает в поверхностном слое стабильные сжимающие остаточные напряжения, уменьшает шероховатость поверхностей и увеличивает микротвердость на 25%.


3.2.3.Рабочие лопатки осевых компрессоров

 

Компрессорные лопатки можно разделить на две большие группы- рабочие лопатки колес и статорные лопатки. Рабочие лопатки работают в более сложных условиях и поэтому их проектированию уделяется особое внимание. Для статорных лопаток многие проблемы отсутствуют, и проектирование менее проблематично.

Статические напряжения в лопатках в основном складываются из напряжений растяжения от центробежных сил и изгибных напряжений от газовых и центробежных сил.

В зависимости от рабочих температур и нагрузок рабочие лопатки выполняют из алюминиевых (ВД17), титановых (ВТ3-1, ВТ6, ВТ8, ВТ9) или жаропрочных сталей (13Х11Н2В2МФ, 15Х12Н2МВФАБ) и сплавов (ХН45МВТЮБР, ХН70ВМТЮБ).

Определяющим видом нагружения для рабочих лопаток компрессора являются переменные напряжения.

Большинство дефектов рабочих лопаток компрессоров связано с повышенным возбуждением переменными нагрузками или недостаточным сопротивлением усталости лопаток.

Для исключения попадания лопаток с пониженным сопротивлением усталости предпринимается следующее:

- введение сплошного контроля микроструктуры штамповок лопаток;

- введение выборочного контроля сопротивления усталости натурных лопаток (одна лопатка от колеса);

- внедрение технологии гидродробеструйной обработки лопаток, обеспечивающей улучшенное качество поверхности;

- замена марки материала лопаток - ВТ3-1 на ВТ8, имеющего более высокий предел выносливости;

- введение бандажирования лопаток вентилятора.

В процессе доводки бандажированных лопаток часто появляется дефект - изнашивание поверхностей бандажных полок лопаток в месте контакта их между собой. Глубина выработки может составлять до 0.25…1.0 мм.

Для устранения дефекта увеличивается площадь контакта бандажных полок путем изменения толщины полки (высоты контактной поверхности) и ее длины.

Во время использования колес с лопатками, имеющими натяг по бандажным полкам, часто встречается дефект - нестабильность балансировки ротора.

При сборке рабочих колес с полочными лопатками возможен перекос лопаток в замке. Вследствие натяга по полкам возникают силы трения, которые препятствуют выставлению лопаток в рабочее положение, особенно при балансировки колес на малых оборотах. Для устранения этого недостатка рекомендуется вводить обстукивание лопаток в процессе балансирования и применять групповую балансировку.

Методика групповой балансировки заключается в том, что колесо балансируется не со всеми лопатками, а с группой лопаток через одну. Этот вид балансировки рекомендуется при балансировке колес с вентиляторными лопатками большой массы, где при обычном методе возникают значительные погрешности балансировки.

Недостатком данного метода является удлинение цикла балансировки.

На рабочих лопатках компрессора появляется дефект, связанный с высокочастотными колебаниями. Дефект проявляется в виде обрыва уголка пера рабочей лопатки. Излом лопатки усталостный, с началом у торца пера в зоне выработки при касании торца пера о специальный слой. По мере развития трещина меняет направление с радиального на поперечное.

Устранить подобный дефект можно следующими способами:

- полированием торца лопаток и исключением касания их о защитный слой статора;

- срезанием уголков лопаток (по наружному торцу и по кромкам);

- утолщением кромок периферийных сечений;

- упрочнением поверхности;

- введение разношаговых направляющих аппаратов.

При длительной наработке двигателей, особенно при эксплуатации в условиях загрязненной атмосферы, появляется эрозия входных кромок лопаток. Применение коррозионно-стойких стальных и титановых лопаток со специальными методами структурного и поверхностного упрочнения, а также снижения загрязнения атмосферы уменьшают эрозию лопаток.


3.2.4.Лопатки направляющих аппаратов

 

Направляющие лопатки компрессоров воспринимают статические и переменные нагрузки от газовых сил.

В зависимости от рабочих температур и нагрузок лопатки направляющих аппаратов выполняют из алюминиевых (ВД17), титановых (ВТ8, ОТ4, ВТ20) или жаропрочных (ХН70МВТЮБ, ХН45МВТЮБР) сплавов.

Надежная работа направляющих аппаратов зависит от их жесткости, определяющей осевые перемещения.

В направляющих аппаратах с заклепками усталостные трещины возникают на хвостовиках лопаток в зоне отверстий под заклепки. Причиной появления трещин является наличие повышенных переменных напряжений в местах заделки. С целью уменьшения переменных напряжений в месте дефекта увеличивают толщину хвостовика и изменяют конфигурацию хвостовика.

В процессе доводки возникают усталостные поломки уголков нижних полок направляющих лопаток. Дефекты устраняются технологическими мерами.

В результате деформации направляющих аппаратов появляются дефекты в виде касания кромок рабочих лопаток о кромки направляющих лопаток. Исключение дефекта обеспечивается осевыми зазорами между венцами дисков и направляющими аппаратами и кромками лопаток, устанавливаемых с учетом податливости направляющих аппаратов и статистики случаев касания.

Частым дефектом при наработке полочных направляющих аппаратов является наклеп, выкрашивание, сколы уголков лопаток. Причиной являются переменные напряжения в лопатках и изнашивание контактных поверхностей полок, что ослабляет их посадку в местах их заделок. Таким образом, ресурс направляющих аппаратов в значительной мере определяется действием переменных нагрузок с учетом малоциклового нагружения.

 

 

3.3.Камера сгорания (КС)

 

Вследствие особенностей протекания рабочего процесса, значительных механических и тепловых нагрузок в процессе эксплуатации ГТД возможно появление следующих дефектов и нарушений работы КС:

1) срыв пламени и прекращение горения топливо-воздушной смеси (помпаж компрессора, снижение массового секундного расхода воздуха, снижение перепада давления в топливной магистрали);

2) коробление жаровой трубы жаровой трубы (ЖТ) и ее прогар (помпаж компрессора, снижение массового секундного расхода воздуха, нагар на стенках ЖТ);

3) образование термических и усталостных трещин на деталях КС;

4) закоксовывание топливных форсунок.

Термические трещины и деформация вызываются циклическими изменениями температуры и зависят от теплопроводности материала, коэффициента термического расширения, прочности и упругости материала. Возникновению этих повреждений способствует нагарообразование на стенках ЖТ.

Нагарообразование - результат неполного сгорания топлива, вследствие чего частицы углерода осаждаются на деталях газовоздушного тракта. Это приводит к изменению условий охлаждения деталей. Изменение характеристик распыла форсунок при закоксовывании или засорении является причиной значительной неравномерности температурного поля.

Закоксовывание - результат отложения на поверхности форсунок смол и кокса, которые образуются при окислении топлива.

Местное повышение температуры может также происходить из-за нарушения процесса смесеобразования и горения топлива в КС, что обусловлено избытком топлива, ухудшением его распыла или уменьшением количества подаваемого вторичного воздуха.

Камера сгорания является источником вторичных разрушений, так как даже небольшие отколовшиеся фрагменты ЖТ вызывают значительные повреждения лопаток и дисков турбины.

Колебания давления топлива в топливной магистрали вызывает колебания давления газа в КС, в результате чего резко возрастают вибрационные напряжения, особенно в том случае, когда частота этих колебаний совпадает с резонансными частотами жаровых труб и корпуса.

 

 

3.4.Газовая турбина

 

Газовая турбина относится к одному из самых нагруженных как в тепловом, так и в механическом отношении узлов ГТД.

Одной из основных причин, осложняющих условия работы лопаток и дисков турбины, является неравномерность полей давлений и температур перед турбиной, уровень которых определяется работой топливных форсунок и возможным помпажом компрессора. Все это обуславливает возникновение вынужденных колебаний и вибрацию лопаток.

Одним из мероприятий, обеспечивающих исключение резонансных колебаний, является бандажирование.

Крайнюю опасность представляет собой резкий заброс температуры газов, который наблюдается при запуске двигателя

В связи с разнотолщинностью стенок интенсивность их прогрева на различных участках неодинакова, что может привести к возникновению значительных термических напряжений

Центробежные силы вызывают в материале лопаток, кроме растяжения, скручивание и изгиб.

Действие газового потока также обуславливает изгиб, скручивание, вибрацию, термическое растяжение и газовую эрозию.

Разрушение рабочих лопаток турбины вызывается, в основном, высоким уровнем переменных напряжений, возникающих при их резонансных колебаниях. Эти колебания возникают по следующим причинам:

- засорение топливных форсунок;

- температурная деформация и коробление лопаток соплового аппарата;

- неравномерность параметров газового потока по окружности проточной части;

- колебания стоек опор подшипников, реактивного сопла и форсажной камеры.

Усталостному разрушению способствует наклеп от механической обработки и металлургические дефекты. Повторные термические напряжения, возникающие при запуске, останове и смене режимов работы двигателя приводят к растрескиванию кромок лопаток (в зонах с повышенным градиентом температур).

Перегрев лопаток в процессе эксплуатации приводит к статическому разрушению по перу. Возможны случаи смешанного статико-усталостного разрушения, когда статические напряжения вызывают надрыв, а переменные способствуют переходу к усталостному разрушению.

Усталостному разрушению способствуют следующие производственные дефекты:

- обеднение поверхностного слоя легирующими элементами при неправильной термообработке;

- перенаклеп металла;

- остаточные растягивающие напряжения в поверхностном слое.

Под действием высокой температуры может происходить вытягивание лопатки вследствие ползучести материала.

При перегреве лопаток вследствие помпажа или нераскрытия створок сопла при форсаже может происходить интенсивное обгорание лопаток (за 15…20 секунд все лопатки турбины могут обгореть на 50% от первоначальной длины).

Разрушение хвостовиков елочного профиля связано в основном с отклонением геометрии соединения. Разрушению также способствует фреттинг-коррозия на контактирующих поверхностях соединения.

 

 

3.4.1.Рабочие лопатки осевых турбин

 

Рабочие лопатки осевых турбин подвержены наиболее полному комплексу различных видов нагружений, влияющих на их ресурс - статическому, вибрационному, малоцикловому, коррозионному и эрозионному.

Допустимые напряжения в лопатках устанавливают с учетом многокомпонентности нагружения, температуры тела лопатки и применяемого материала.

Наиболее широко для изготовления лопаток турбин применяют деформируемые (ЖС6КП) и литейные (ЖС6К, ЖС6У, ЖС6Ф) жаропрочные сплавы.

Статическая напряженность лопаток и коэффициенты запасов по длительной прочности при заданной окружной скорости колеса и размерах тракта зависят главным образом от отношения площадей корневого и верхнего сечений.

Существенное влияние на коэффициенты запасов оказывает также применяемый материал, методы отливки лопаток, обеспечивающие направленную структуру или монокристаллическую, режимы термической обработки и эффективность охлаждения лопаток. Некоторое повышение жаропрочности материала лопаток при умеренных температурах обеспечивает термомеханическая, механотермическая обработка или гомогенизация.

Характерные поломки лопаток от недостаточной длительной прочности в сочетании с малоцикловым нагружением возникают из-за превышения допустимых температур тела лопаток в средних сечениях. При отсутствии возможности прямого измерения температур лопаток для оценки фактических температур сравнивают микроструктуру лопаток с микроструктурой образцов, нагретых до разных температур и выдержанных в течение времени, способствующем длительности работы лопаток при максимальных температурах в эксплуатации.

Разрушение от исчерпания длительной прочности материала лопаток происходит на расстоянии 0, 4…0, 6 длины лопатки (в зависимости от распределения температур по высоте). Характер излома на всем протяжении статический межзеренного характера.

Растрескивание алитированного слоя в результате исчерпания длительной прочности и сопротивления термической усталости может происходить на лопатках после большой наработки (15000…18000 ч) без превышения допустимых температур. Мерами по увеличиванию ресурса в этом случае являются: замена материала лопаток на более жаропрочный или применение специальных методов отливки, что повышает жаропрочность, пластичность и термостойкость сплавов.

Разрушение лопаток вследствие исчерпания длительной прочности бывает в результате нарушения режимов термической обработки.

Статическое повреждение лопаток может происходить и вследствие нарушения режимов механической обработки - появления наклепа и неблагоприятных остаточных напряжений на поверхности пера.

После различной наработки в отдельных местах лопатки появляется групповое и единичное растрескивание поверхности пера. Трещины направлены по границам зерен, распространяются на 2…3 зерна и проявляются либо в уширении границ зерен при травлении, либо в виде извилистых коротких трещин. Глубина трещин колеблется в пределах 0, 02…0, 2 мм. Эти поверхностные дефекты создают поврежденный поверхностный слой. Явление повреждаемости в процессе длительных испытаний характерно для всех жаропрочных сплавов.

Только 30…50% своего ресурса большинство жаропрочных сплавов не имеют поврежденного слоя. С повышением температуры повреждаемость проявляется быстрее.

Развитию трещин при высоких температурах способствует наличие хрупких составляющих в интерметаллидной фазе, а также легкоплавких примесей свинца, висмута, олова и других, залегающих по границам зерен. Причиной повреждаемости может быть также сернистая коррозия. Для исключения дефекта и восстановления покрытия рекомендуется исключать из технологии обработки механическую глянцовку пера лопаток, которая проводится с целью снижения шероховатости поверхности пера и снятия нагара перед контролем методом ЛЮМ-1 после испытаний. В замен механической глянцовки целесообразно использовать виброгалтовку и обдувку шлифовальным порошком. Для удаления нагара с лопаток после испытаний вводят химическое травление. При этом сохраняется алитированный слой без повреждений.

Наличие наклепа и остаточных напряжений вызывает ускоренную диффузию и при работе детали в условиях повышенных температур приводит к интенсификации процессов рекристаллизации в поверхностном слое, достаривания, изменения состава материала в результате окисления и как следствие к потере жаропрочности.

Большое количество дефектов на лопатках имеют усталостное происхождение. Это объясняется как трудностью оценки интенсивности возбуждения переменными силами на стадии проектирования, так и повышенной чувствительностью динамических нагрузок и предела выносливости лопаток к условиям эксплуатации и производства.

Источником возбужденных лопаток является неравномерность газового потока, определяемая неравномерностью температурного поля и поля давлений в окружном направлении. Переменные напряжения в лопатках зависят не только от интенсивности возбуждения, но и от демпфирующих свойств конструкции. Одним из наиболее эффективных и универсальных способов уменьшения переменных напряжений в лопатках является демпфирование в конструкции и в материале (рис.3.3).

Характерным дефектом, вызванным колебаниями лопаток, является поломка уголка бандажной полки. Излом имеет усталостный характер. Очаг усталости находится на трактовой поверхности полки напротив первого ребра.

Рис.3.3.Примеры конструкционного демфирования колебаний

рабочих лопаток

 

Причиной дефекта является резонанс колебаний уголка полки с собственной частотой одной из форм колебаний лопатки.

Изменением собственной частоты колебаний уголка полки путем его ужесточения дефект устраняется.

Типичным дефектом для бандажированных рабочих лопаток турбины является изнашивание контактных площадок бандажных полок. Изнашивание зависит от контактных напряжений на гранях полки, уровня переменных напряжений в лопатке, ползучести лопатки, угла наклона контактных граней по отношению к направлению перемещений полки при колебаниях по первым формам, качаний лопатки в замке в свободном состоянии, температуры полки, жаропрочности материала и других причин. Эффективным методом уменьшения изнашивания является также нанесение твердых покрытий на контактные площадки полки или напайка износостойких пластин.

Для повышения сопротивления усталости лопаток турбин используют методы поверхностного упрочнения, которые формируют умеренные остаточные напряжения сжатия при малой степени пластической деформации.


3.4.2.Замки крепления рабочих лопаток турбин

 

Замки крепления рабочих лопаток турбин воспринимают центробежные силы лопаток и изгибающие моменты от центробежных и газовых сил, действующих на лопатки.

Одним из наиболее распространенных видов крепления рабочих лопаток турбины является елочный замок. В этом креплении рационально используется площадь обода диска, так как сечения с максимальными напряжениями в хвостовиках лопаток и перемычках дисков разнесены на разные радиусы. Кроме того, более равномерно передается центробежная сила лопаток на диск по сравнению с креплениями других видов - без большой концентрации усилий.

Напряженность замков обычно оценивается по номинальным напряжениям растяжения по первой впадине (со стороны пера) хвостовика лопатки и первой впадине (со стороны полотна) межпазового выступа диска , а также напряжениями среза , смятия и изгиба зубьев (рис. 3.4). Номинальные напряжения растяжения по другим перемычкам обычно меньше, чем по первым впадинам. Это обуславливается конструктивными и технологическими соображениями, исходя из которых требуется выдерживать размер по последней впадине хвостовика лопатки выше некоторого минимального значения.

В процессе длительных испытаний встречаются разрушения и повреждения замков от недостаточной длительной прочности и усталости. Для полых замков охлаждаемых лопаток наблюдается также дефект - продавливание замков. В замках с недостаточно свободной посадкой при применении для лопаток материала с коэффициентом линейного расширения больше, чем у диска, или при температуре хвостовика, превышающей температуру межпазового выступа, возможно расклинивание замка и появление трещин по радиусам впадин.

Для исключения поломок от недостаточной длительной прочности можно рекомендовать: снижение температуры путем охлаждения, применение материала с повышенной жаропрочностью, изменение конструкции замка для снижения опасных напряжений (при срезе - укрепление зубьев, уменьшение их числа; при разрыве перемычки - увеличение угла развала замка).

 

 

 

Рис. 3.4.Схема елочного замка крепления рабочих лопаток турбины и распределение номинальных напряжений

 

При утолщении контровки возникают трещины на нижнем зубе замка лопатки. Трещины усталостные глубиной 1…1, 2 мм. Дефект связан с уменьшением толщины зуба замка с 2, 1 по 1, 78 мм по сравнению с остальными зубьями (в связи с увеличением толщины контровки с 2…2, 5 мм), повышенными напряжениями в зубьях замка лопатки при связанных колебаниях системы диск - лопатки и неудовлетворительным прилеганием зубьев по рабочим поверхностям замка. Для исключения дефекта восстанавливается толщина зуба до 2, 1 мм путем углубления паза в диске, производится отстройка колеса от резонанса связанных колебаний, вводится технология глубинного шлифования замка на станке «Эльбшлиф».

Трещины на нижних зубьях замка возникают на лопатках турбины 2-й ступени из деформируемого сплава ЖС6КП. Характер трещин усталостный. Переменные напряжения на донышке замка не превышают

10 МПа. Дефект связывается с плохим прилеганием по замку. Для устранения дефекта вместо фрезерования для повышения точности изготовления замка вводят глубинное шлифование на станке «Эльбшлиф».

При усталостных поломках, прежде всего, следует проводить технологические мероприятия, так как сопротивление усталости - параметр, весьма чувствительный к технологии производства. Изменение режимов резания с целью уменьшения повреждаемости от обработки, снижение шероховатости поверхности, применение термообработки для снятия остаточных напряжений, введение упрочняющих методов обработки могут полностью устранить дефект без проведения конструктивных мероприятий.

Эффективным средством уменьшения переменных напряжений, действующих на замок, является бандажирование рабочих лопаток. Существенное влияния на сопротивление усталости замка может оказывать нависание профильной части пера.

Для исключения продавливания замков поперечными силами наиболее эффективным средством является постановка перемычек во внутреннюю полость.

Для устранения растрескивания в замках при их расклинивании желательно применять материалы лопаток и дисков с близкими коэффициентами линейного расширения, обеспечивать необходимую свободу посадки хвостовика лопатки и в необходимых случаях применять разношаговость.

Работоспособность замков крепления лопаток определяется длительной прочностью, малоцикловой и многоцикловой усталостью.

Упрочняющие методы обработки замков повышают их сопротивление многоцикловой и малоцикловой усталости при слабом влиянии на длительную прочность.

 

 

3.4.3. Диски осевых турбин

 

Диски турбины во время работы подвергаются действию центробежных сил, крутящего момента, гироскопического момента, перепада давлений и неравномерного нагрева. Влиянием крутящего момента обычно пренебрегают. Для дисков турбин обычно применяют жаропрочные сплавы ХН77ТЮР, ХН73МБТЮ, ХН62БМКТЮ.

Одним из наиболее распространенных дефектов турбинных дисков является их поверхностное растрескивание, наблюдаемое после различной наработки. Растрескивание часто бывает на дне пазов елочных замков, на радиусах перехода полотна к ободу и ступице при обработке их радиусными резцами, при ударном клеймении.

Растрескивание обычно происходит по границам зерен, его глубина - от 0, 01 до 0, 3 мм. Такое же растрескивание наблюдается и на образцах в процессе испытания на длительную прочность. Первые трещины появляются задолго до разрушения образцов. В зависимости от условий испытаний - напряжений и температуры, прочности и пластичности материала, состояния поверхностного слоя обычно - растрескивание может появляться через 10…90% времени от ресурса до разрушения.

В некоторых случаях при неблагоприятных условиях резания, например, при протягивании дна паза елочных замков протяжкой с большим подъемом на зуб и без затыловки боковых граней возможны микроповреждения и большие сдвиговые деформации поверхности на новых, неработавших дисках. Указанные повреждения снижают выносливость обода диска и в отдельных случаях могут приводить к развитию усталостных трещин.

Встречаются разрушения дисков турбины от исчерпания длительной прочности материала. При отработанных методах расчета дисков на прочность это возможно при недостаточно достоверной оценке температурного состояния диска или при завышении режимов работы двигателя.

Возможны разрушения дисков при больших ресурсах работы от недостаточного сопротивления малоцикловому нагружению. Особенно неблагоприятно сказываются в этих условиях различного ряда концентраторы (например, отверстия), которые могут существенно, не влияя на статическую прочность, резко снижать малоцикловую усталость.

При наработке 3000…5000 полетных циклов наблюдается дефект в виде растрескивания и разрушения диска по диаметральным сечениям, проходящим через отверстия. Дефект обусловлен исчерпанием малоцикловой усталости в связи с повышенным коэффициентом концентрации напряжений в отверстиях и повреждением поверхностного слоя при обработке.

Для повышения долговечности дисков по малоцикловой усталости следует повышать качество обработки отверстий, вводить пневмодинамическое упрочнение поверхности и усиливать диски в районе отверстий для уменьшения номинальных напряжений. Эффективность мер можно проверять на образцах с отверстиями, имитирующими реальный коэффициент концентрации. При пневмодинамическом упрочнении отверстий уменьшается разброс результатов.

Наблюдаются усталостные трещины с началом в месте прерывистого точения упрочненной поверхности на глубину 0, 1 мм (для устранения биения). На поверхности обнаружены сдвиговые деформации на глубину 0, 2 мм, остаточные напряжения растяжения до 400 МПа и снижение предела выносливости на 30%.

Существенное влияние на прочность дисков оказывают также циклические нагревы и охлаждения, связанные с приемистостями и сбросами газа. Максимальный прямой перепад (т.е. обод горячей ступицы) наблюдается при увеличении частоты вращения, максимальный обратный перепад - через несколько минут после сброса газа.

Факторами, исчерпывающими ресурс дисков турбины, являются: длительная прочность, малоцикловая и многоцикловая усталость и термостойкость. В зависимости от преобладающего характера повреждения назначаются методы и режимы упрочнения.

 

 

3.4.4. Лопатки сопловых аппаратов турбин

 

Сопловые лопатки турбин испытывают изгиб от газовых сил и тепловые нагрузки от неравномерного нагрева сечения лопаток. Лопатки 1-й ступени обычно являются двухопорными, 2-й и последующих ступеней - консольными или с подвижной внутренней заделкой. Лопатки испытывают изгибные напряжения от нагрузок, действующих на них, и от сосредоточенных сил, передаваемых от диафрагмы.

Лопатки сопловых аппаратов обычно выполняют полыми для возможности охлаждения и повышения жесткости, литыми из жаропрочных сплавов ЖС6К, ЖС6У, ЖС30.

Для оценки статической прочности в лопатках определяют номинальные напряжения как в балках при косом изгибе от действия распределенных по лопатке газовых сил и от сосредоточенных сил на внутренних концах консольных лопаток. Существенное влияние на надежность сопловых лопаток, особенно охлаждаемых, оказывают температурные напряжения от неравномерного нагрева, которые на нестационарных режимах работы двигателя имеют наибольшие значения.

Дефекты появляются в виде прямолинейных, окисленных трещин транскристаллического или смешанного характера (рис. 3.5).

Для устранения термоусталостных трещин разрабатывают сопловые лопатки с более эффективным охлаждением:

- увеличивают радиус входной кромки, при этом возрастает отвод тепла;

- вводят оребрение внутренней полости с целью увеличения жесткости оболочки и стабилизации зазора между лопаткой и внутренним дефлектором;

- вводят дополнительно ряд турбулизаторов во внутренней полости;

- увеличивают расход охлаждающего воздуха на входную кромку путем увеличения диаметра отверстий в дефлекторе на входной кромке. На корыте и спинке дефлектора выполняют отверстия;

- изменяют подвод воздуха - выполняют его снизу с целью более полного исключения возможности засорения дефлекторов.

 

Рис. 3.5.Термоциклические трещины на сопловых лопатках турбины

 

На входных кромках охлаждаемых лопаток появление трещин иногда связывают с остатками стержневой массы во внутренней полости, ухудшающей охлаждение кромок.

Часто проявляемым дефектом на сопловых лопатках турбины является газовая коррозия, связанная с недостаточной жаростойкостью материала. Одним из методов повышения жаростойкости является алитирование лопаток на глубину 0, 02…0, 04 мм, что повышает жаростойкость в 4 раза, или нанесение многокомпонентных покрытий.

После наработки в эксплуатации 1500…2000 ч обнаруживается растрескивание по паяным швам на крышках и донышках секций соплового аппарата 1-й ступени.

Причиной дефекта является недостаточная поверхность сцепления по паяному соединению и повторный нагрев после пайки при алитировании лопаток, что приводит к охрупчиванию тонких пластин. Для устранения дефекта следует увеличить поверхность сцепления путем повышения буртика на 2 мм и операцию пайки после алитирования лопаток перенести в вакуумную печь. Алитированный слой в местах пайки зачищать до металлического блеска.

Факторами, исчерпывающими ресурс сопловых лопаток, можно считать длительную прочность, термостойкость, жаростойкость.

 

3.5. Основные дефекты подшипников опор ротора

 

Роторы компрессора - турбины опираются на роликовые и шариковые подшипники, расположенные в опорах. Роликовые подшипники, воспринимают радиальные нагрузки, шариковые - радиальные и осевые.

Повреждения и разрушения подшипников могут быть разделены на следующие группы:

1) разрушения от усталости металла;

2) повреждения от повышенного износа;

3) разрушения, вызванные изменением зазоров и посадок между деталями подшипника и опорами ротора;

4) разрушения и повреждения из-за недостатка смазки.

Усталостные разрушения проявляются в виде ямок или выкрашивания материала дорожек колец и тел вращения. Этому явлению способствуют:

- дефекты материала;

- неуравновешенность ротора;

- нарушение ТУ при сборке и монтаже;

- прижоги при шлифовании;

- коррозионные повреждения;

- вмятины и забоины.

Основные нагрузки на подшипник определяются центробежными силами от тел качения, поэтому чаще всего разрывается внешнее кольцо. Износ деталей выше допустимого приводит к увеличению радиальных зазоров, что определяет смещение ротора. Чрезмерный износ может вызвать повреждение других деталей, омываемых маслом.

Кроме тел качения, износу подвергаются сепаратные кольца (по причине неправильного монтажа - переноса).

При некоторых условиях работы возможно проскальзывание внутреннего кольца относительно тел качения из-за наличия радиального зазора. При этом на дорожке качения образуются следы схватывания и наволакивания металла в результате чего овальность внутренней дорожки достигает 0, 1...0, 2 мм.

Причинами изменения зазоров и посадок в соединениях при работе двигателя являются:

1) изменение размеров деталей при запуске в условиях низких температур (тела качения нагреваются быстрее колец и может произойти заклинивание подшипника);

2) проворачивание колец на валу или в корпусе из-за неверной сборки.

При недостаточной смазке (масляное голодание) имеет место оплавление и износ тел качения, наволакивание их материала на дорожки колец, износ сепаратора. При временном прекращении подачи масла беговые дорожки имеют гладкую приработанную поверхность, а наплавленный слой равномерно распределен по окружности.

При масляном голодании тела качения нагреваются быстрее колец, что может привести к заклиниванию подшипника, т.е. возникает скольжение тел качения по беговой дорожке и их быстрый износ. При этом в первую очередь разрушается подшипник средней опоры, то есть происходит смещение ротора в осевом направлении, после чего наступает износ деталей ротора и его резкое торможение.

При разрушении подшипника турбины возможно воспламенение масла и пожар в двигателе.

Отмечают изнашивание сепаратора роликового подшипника турбины по наружному диаметру. Причиной дефекта является изменение геометрии наружного кольца подшипника при затяжке гайки крепления крышки лабиринта. При затяжке гайки передний бурт наружного кольца подшипника уменьшается на 0, 02 мм, что уменьшает зазор между этим буртом и сепаратором.

На беговых дорожках внутреннего и наружного кольца роликового подшипника отмечаются следы проскальзывания роликов с образованием прижогов и цветов побежалости на части дуги беговых дорожек (~ ). Наличие цветов побежалости на обоймах свидетельствует о повышении температурного режима подшипника, вызванного проскальзыванием роликов вследствие возможного выбора радиального зазора при неблагоприятных сочетаниях допусков и недостаточном охлаждении подшипников.

Отмечают точечное выкрашивание в окнах сепаратора роликоподшипника вследствие недостаточной выносливости дюралюминиевого сепаратора (Д1Т). Для повышения сопротивления усталости применяют бронзовые сепараторы (БрАЖМЦ 10-3-1, 5), обладающие лучшими антифрикционными свойствами и повышенной прочностью ( 600 МПа вместо 380 МПа). Дюралюминиевые сепараторы заменяют на бронзовые в радиально-упорном шарикоподшипнике, где имеются усталостные поломки перемычек сепараторов. Усиливают перемычки сепараторов также исключением проточки по наружному диаметру. Вводят виброгалтовку сепаратора с последующим серебрением глубиной слоя 0, 012…0, 02 мм, увеличивают фаски на окнах под шарики и уменьшают допустимые отклонением окон от номинального положения. Вводят люминесцентный контроль сепаратора, улучшают смазывание и охлаждение подшипника.

Характерный дефект, являющийся следствием недостаточного эффективного смазывания и охлаждения подшипника - неравномерное изнашивание шариков. Шарик принимает форму эллипсоида, у которого максимальная разница в размере осей доходит до 0, 026 мм.

В результате перекоса наружного кольца шарикоподшипника отмечается неравномерный след качения шариков на беговых дорожках колец, повреждение поверхностей шариков и беговых дорожек, неравномерная нагрузка на шарики. Перекос вызывается деформацией корпуса под действием момента от несимметрично приложенной осевой силой, а также вследствие теплового и эксплуатационного коробления сепаратора.

Наблюдается разрушение подшипника коробки приводов агрегатов. Дефект обнаруживается по сигналу датчика наличия стружки в масле. При осмотре на маслофильтре обнаруживают бронзовую и стальную стружки. На перемычках сепаратора обнаруживают усталостные трещины с началом от острой кромки, которая недостаточно притуплена. Причиной дефекта являются погрешности при изготовлении сопрягаемых деталей подшипникового узла, приводящие к нарушению кинематики подшипника, повышенному тепловыделению и последующему выходу из строя, что усугубляется также наличием разъема внутреннего кольца и относительно малым радиальным зазором в подшипнике. Для устранения дефекта скругляют острые кромки, осуществляют двойную виброобработку и серебрение сепараторов, улучшают технологию сборки узла.

Отмечают случаи разрушения межвального подшипника турбины. Внешние признаки разрушения:

1) повышение вибрации на опоре турбин до 100…120 мм/c;

2) повышение температуры масла на выходе из турбины;

3) заклинивание роторов после остановки.

На внутренней обойме подшипника появляются грубые следы трения, ролики приобретают одностороннюю выработку. Сепаратор и наружная обойма свариваются между собой. Причиной дефекта является выбор зазора плавания сепаратора вследствие перегрева, который происходит из-за масляного голодания, вызванного отклонениями при изготовлении каналов, подводящих масло к межвальному подшипнику.

Устраняют дефект улучшением смазывания и обеспечением стабильности подвода масла к межвальному подшипнику.

В повреждениях, замеченных у радиально-упорных подшипниках отмечаются случаи разрыва сепаратора. Из-за возникающей в результате нагружения усталости материала происходит разрыв боковых перемычек. Как следствие на таких разрушенных изделиях с разрушенными сепараторами осевая сила оказывается заниженной, близкой к нулю. Причина дефекта - повышенный перекос кольца.

Таким образом, ресурс работы подшипников качения определяется сопротивлением усталости; износостойкостью; контактной выносливостью.

 

3.6. Основные эксплуатационные дефекты ротора двигателя

 

Одним из наиболее опасных режимов работы ротора является работа на критических режимах. В этом случае от действия вибраций высокого уровня возможно появление следующих повреждений:

1) трещины на силовых стойках и силовых элементах корпусов, особенно в деталях из листового материала;

2) односторонний радиальный износ беговой дорожки внутреннего кольца подшипника качения и его разрушение из-за больших радиальных нагрузок;

3) разрушение сепараторов подшипников качения из-за больших относительных перемещений сепаратора в подшипнике, вызванных колебаниями опор ротора;

4) надиры по торцам рабочих лопаток и гребешкам лабиринтных уплотнений;

5) остаточная изгибная деформация вала;

6) разрушение штифтовых соединений ротора;

7) заклинивание ротора в корпусе;

8) разрушение креплений агрегатов, приборов и трубопроводов на корпусе двигателя, от действия больших инерционных нагрузок.

 

3.7.Эксплуатационный износ трущихся деталей ГТД,

омываемых маслом и основные неисправности системы смазки

 

Интенсивность износа трущихся поверхностей деталей ГТД, омываемых маслом, неодинакова по времени их работы.

В процессе приработки сопрягаемых деталей в первые часы эксплуатации двигателя наблюдается интенсивный износ трущихся поверхностей, т.е. увеличение зазора от S 1 до S 2. Далее процесс износа носит стабильный характер, и увеличение зазора происходит менее интенсивно. При наработке двигателя величина износа достигает предельного допустимого значения, так как увеличение зазора более S 3 приводит к опасному росту динамических нагрузок и может вызвать разрушение сопряженных деталей. Наработка соответствует межремонтному сроку службы сопрягаемых деталей.

Применяемые для смазки ГТД минеральные и синтетические масла резко ухудшают свою способность поддерживать износостойкость деталей при обводнении и насыщении топливом.

Обводнение приводит к увеличению коэффициента кинематической вязкости при низких температурах, что вызывает снижение интенсивности циркуляции в маслосистеме и ухудшение процесса отвода тепла от трущихся деталей.

Насыщение масла топливом ведет к снижению коэффициента кинематической вязкости, что вызывает уменьшение прочности смазывающей пленки.

Характерными неисправностями системы смазки являются:

- появление стружки в масле;

- перерасход масла;

- падение или колебание давления масла;

- разжижение или загустение масла;

- перегрев масла.

К основным причинам появления стружки в масле относят:

1) разрушение подшипников;

2) износ маслоуплотнительных колец и кольцедержателей;

3) износ корпуса и барабана масляной центрифуги;

4) износ деталей приводов.

В качестве основных причин разрушения трубопроводов можно рассматривать повышенный уровень вибрации и наличие повреждений на трубопроводах (забоины, потертости, дефекты сборки и материала).

Обычно масляные уплотнения включают комплект угольных и стальных колец, сопряженных по боковым поверхностям. Состояние указанных поверхностей определяет эффективность работы уплотнения.

В большинстве случаев основным методом контроля работоспособности агрегатов маслосистемы служит контроль давления масла на входе в двигатель.

 

3.8. Характерные неисправности вспомогательных узлов и

агрегатов ГТД

 






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.